DE10243220B4 - Hybrid-Elektrofahrzeug und Entmagnetisierungskompensation dafür - Google Patents
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Abstract
Hybrid-Elektrofahrzeug, umfassend – einen ersten Motor (30; 38), der mit Rädern (42) des Hybrid-Elektrofahrzeugs gekoppelt ist; – einen zweiten Motor (38; 30), der mit Rädern (42) des Hybrid-Elektrofahrzeugs gekoppelt ist; – einen ersten, einen Spannungssensor (114) und einen Spannungsmesser (116) aufweisenden Spannungsmonitor (104; 102), der mit dem ersten Motor (30; 38) gekoppelt ist, um eine erste, durch Dauermagnete (208) induzierte Spannung des ersten Motors (30; 38) zu bestimmen, wobei der Spannungssensor (114) eine Sensorspule (210) zum Detektieren der ersten durch die Dauermagnete (208) induzierten Spannung aufweist, die durch Rotation eines Läufers (200), der die Dauermagnete (208) des ersten Motors (30; 38) enthält, induziert wird; – einen Regler (100) für die Funktionen Vergleichen der ersten durch die Dauermagnete (208) induzierten Spannung mit einer ersten Bezugsspannung, die eine erwartete, durch die Dauermagnete (208) induzierte Spannung für den ersten Motor (30; 38) widerspiegelt, wenn die Dauermagnete (208) des ersten Motors (30; 38) völlig magnetisiert sind; Bestimmen eines Zustands des Magnetismus der Dauermagnete (208) des ersten Motors (30; 38) auf der Basis der ersten durch die Dauermagnete (208) induzierten Spannung, der ersten Bezugsspannung und einer vorgegebenen Drehzahl, bei der die erste durch die Dauermagnete (208) induzierte Spannung bestimmt wird; Betriebsunfähigmachen des ersten Motors (30; 38), wenn der Zustand des Magnetismus des ersten Motors (30; 38) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht; und Antreiben der Räder (42) des Fahrzeugs mit dem zweiten Motor (38; 30), nachdem der erste Motor (30; 38) betriebsunfähig gemacht ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) und Elektrofahrzeuge sowie ein Verfahren zur Kompensation auf Grund von schwächer werdenden Dauermagneten in Motoren/Generatoren von Hybridelektro- und Elektrofahrzeugen.
- Es ist die Notwendigkeit bekannt, den Verbrauch von fossilen Brennstoffen und Emissionen in Autos und anderen Fahrzeugen, die überwiegend durch Verbrennungsmotoren (ICE) angetrieben werden, zu reduzieren. Mit durch Elektromotoren angetriebenen Fahrzeugen versucht man sich dieser Notwendigkeit zu widmen. Eine andere bekannte alternative Lösung besteht darin, einen kleineren Verbrennungsmotor mit Elektromotoren in einem Fahrzeug zu kombinieren. Solche Fahrzeuge kombinieren die Vorteile eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und eines Elektrofahrzeugs und werden typischerweise Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) genannt (
US 5 343 970 A ). - Das HEV ist in vielfältigen Ausführungen beschrieben. In einer Ausführung treibt der Elektromotor eine Gruppe von Rädern an, und der Verbrennungsmotor (ICE) treibt eine andere Gruppe an. Es existieren andere Ausführungen, die brauchbarer sind. Zum Beispiel ist die Ausführung eines Reihen-Hybrid-Elektrofahrzeugs (SHEV) ein Fahrzeug mit einem Motor (meist typischerweise ein ICE), der mit einem Generator genannten Elektromotor verbunden ist. Der Generator liefert wiederum elektrischen Strom für eine Batterie und einen weiteren, Fahrmotor genannten Motor. Im SHEV ist der Fahrmotor die einzige Quelle des Drehmoments am Rad. Zwischen dem Motor und den Antriebsrädern gibt es keine mechanische Verbindung. Die Ausführung eines parallelen Hybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV) besitzt einen Motor (typischerweise ein ICE) und einen Elektromotor, die in sich ändernden Graden zusammenarbeiten, um das notwendige Drehmoment am Rad für den Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Außerdem kann in der PHEV-Ausführung der Verbrennungsmotor als Generator genutzt werden, um die Batterie von der durch den ICE erzeugten Leistung zu laden.
- Ein Parallel-/Reihen-Hybrid-Elektrofahrzeug (PSHEV) besitzt die Eigenschaften sowohl von der PHEV-Ausführung als auch der SHEV-Ausführung und wird manchmal als Ausführung mit „Leistungsaufteilung” angegeben. In einem der mehreren Typen von PSHEV-Ausführungen ist der ICE mechanisch mit zwei Elektromotoren in einer Planetengetriebe-Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential gekoppelt. Ein erster Elektromotor, der Generator, ist mit einem Sonnenrad verbunden. Der ICE ist mit einem Zwischenrad verbunden. Ein zweiter Elektromotor, der Fahrmotor, ist über eine zusätzliche Verzahnung in einer Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential mit einem (Abtriebs-)Zahnkranz verbunden. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors kann den Generator antreiben, um die Batterie zu laden. Der Generator kann außerdem zum benötigten Raddrehmoment (Abtriebswelle) beitragen, wenn das System eine Einwegkupplung aufweist. Der Fahrmotor wird genutzt, um zum Raddrehmoment beizutragen und Bremsenergie zum Laden der Batterie zurück zu gewinnen. In dieser Ausführung kann der Generator gezielt ein Reaktionsmoment bereitstellen, das zur Regelung der Motordrehzahl genutzt werden kann. Tatsächlich können der Verbrennungsmotor, der Generatormotor und der Fahrmotor einen kontinuierlichen veränderlichen Übertragungseffekt (CVT) zur Verfügung stellen. Darüber hinaus stellt der HEV eine Möglichkeit dar, um die Leerlaufdrehzahl des Motors gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen besser regeln zu können, indem der Generator zur Regelung der Motordrehzahl genutzt wird.
- Aus der Druckschrift
DE 100 04 812 A1 ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug bekannt, das eine Brennkraftmaschine, einen ersten und einen zweiten Elektromotor, eine mit den Rädern gekoppelte Fahrzeugantriebswelle, ein Planetengetriebe sowie eine Steuereinheit enthält. In einem ersten Antriebsweg erfolgt eine Addition der auf die Fahrzeugantriebswelle übertragenen Ausgangsleistungen der Brennkraftmaschine und des ersten Elektromotors. In einem zweiten Antriebsweg erfolgt eine Subtraktion der auf die Fahrzeugantriebswelle übertragenen Ausgangsleistungen entweder der Brennkraftmaschine vom zweiten Elektromotor oder umgekehrt. Die Umschaltung zwischen den Antriebswegen erfolgt über eine Umschalteinrichtung. Bei Ausfall des ersten Elektromotors kann das Fahrzeug mit dem Drehmoment des zweiten Elektromotors fahren. - Der Generatormotor und der Fahrmotor enthalten Dauermagnete. Diese Dauermagnete können sich zufällig entmagnetisieren und einen Qualitätsverlust erleiden oder sich über die Zeit auf Grund von Temperatur, hohen Stromwelligkeiten, Leistungswelligkeiten, Schwingungen und Altern entmagnetisieren. Die Entmagnetisierung kann die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs wie Ausgangsleistung/-drehmoment und Wirkungsgrad verschlechtern. Tatsächlich kann die Entmagnetisierung einen Punkt erreichen, bei dem Sicherheit ein Problem wird. Spezieller kann eine Entmagnetisierung zu einem geringeren Drehmoment führen, das verfügbar ist, um die Räder an einem kritischen Punkt anzutreiben, zum Beispiel, um ein Fahrzeug zu bewegen. Und eine Entmagnetisierung kann zu weniger Energie führen, die verfügbar ist zum regenerativen Bremsen, das den Bremsweg/die Bremszeit nachteilig beeinflussen kann.
- Die Druckschrift
US 5 650 706 A zeigt eine Steuervorrichtung foir elnen Motor mit Dauermagnet vom Schenkelpoltyp. Die Aufgabe dieser Vorrichtung soll verhindern, dass sich ein Drehmoment auf Grund von Entmagnetisierung des Magneten verringert. Ein Magnetfluss des Dauermagneten wird berechnet oder gewonnen, indem eine elektromotorische Kraft des Dauermagneten entsprechend von dem Motor mit Dauermagnet zugeführter Spannung und Strom, eine Drehzahl des Motors und eine Induktivität des Motors mit Dauermagnet bestimmt werden. Diese elektromotorische Kraft wird mit einer elektromotorischen Bezugskraft verglichen, die einen vollkommen magnetisierten Dauermagneten darstellt. Dieses Verfahren ist komplex und schwerfällig. Eine direkte Erfassung der Entmagnetisierung wird in der Patentschrift vorgeschlagen, indem bestimmte Sensoren wie eine Hall-Einrichtung oder ein Element mit magnetischer Widerstandsänderung genutzt werden. Diese vorgeschlagenen direkten Detektionsverfahren sind relativ teuer und haben Auswirkungen auf die Brauchbarkeit auf Grund der Örtlichkeit eines komplexen Sensors im Motorgehäuse. Außerdem wird eine Entmagnetisierung für sicherheitsbezogene Vorgänge über eine Sicherheitsgrenze hinaus nicht beobachtet und darüber nicht berichtet. - Die Druckschrift
US 5 418 451 A betrifft eine Einrichtung zur Erfassung einer Zustandsgroge eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der einen Rotor mit Segmenten aus permanentmagnetischem Material aufweist. Ein Hallelement ist in der Nähe des Rotors so angeordnet, dass sich das Magnetfeld der permanentmagnetischen Segmente der Ausgangsspannung des Hallelementes aufprägt. Mittels einer Logikeinheit wird aus der Ausgangsspannung des Hallelementes die Temperatur des Gleichstrommotors ermittelt. Eine Ausführungsform ermöglicht eine Aussage hinsichtlich einer Teilentmagnetisierung des Rotors. Hierzu vergleicht eine Logikeinheit die Ausgangsspannung eines Hallelementes mit einer entsprechend abgespeicherten Sollwertkurve. Unregelmäßige Abweichungen von dieser Sollwertkurve werden von der Logikeinheit als Anzeichen für eine Entmagnetisierung bzw. Teilentmagnetisierung des Rotors gewertet. Mittels eines Warntones oder durch Abschatten des Motors wird das Bedienpersonal auf diesen Fehler aufmerksam gemacht. - Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Kompensierung bei schwächer werdenden Dauermagneten bereit zu stellen, insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV).
- Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
- Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Kompensation von schwächer werdenden Dauermagneten in einem Motor vorgesehen. Die Vorrichtung enthält einen Spannungsmonitor, der eine durch Dauermagnet induzierte Spannung im Motor bei einer vorgegebenen Drehzahl und im belastungslosen Zustand detektiert. Der Spannungsmonitor ist mit einem Prozessor gekoppelt, der die durch Dauermagnet induzierte Spannung aufnimmt und sie mit einer Bezugsspannung vergleicht, welche die durch Dauermagnet induzierte Spannung für den Motor mit einem vollkommen magnetisierten Dauermagneten widerspiegelt. Der Prozessor bestimmt eine Magnetismusanzeige des Dauermagneten als Funktion der detektierten, durch Dauermagnet induzierten Spannung, der Bezugsspannung und der vorgegebenen Drehzahl. Wenn die Magnetismusanzeige einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, wird der Motor betriebsunfähig gemacht, und/oder ein Strom in den Motor wird begrenzt, um eine Beschädigung von Bauteilen zu verhindern. Vorzugsweise teilt eine hörbare und/oder sichtbare Anzeigevorrichtung einem Benutzer des Fahrzeugs mit, dass der Motor betriebsunfähig geworden ist oder in einer beschränkten Betriebsweise arbeitet. Vorzugsweise wird der Motor, der betriebsunfähig gemacht ist, durch eine andere Quelle einer Antriebskraft, zum Beispiel ein weiterer Motor oder ein Verbrennungsmotor oder eine Kombination von diesen, ersetzt.
- Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Anpassung von schwächer werdenden Dauermagneten in einem Motor eines Fahrzeugs vorgesehen. Zuerst wird eine durch Dauermagnet (PM) induzierte Spannung eines Motors detektiert. Vorzugsweise wird die durch Dauermagnet induzierte Spannung detektiert, indem eine Spannung in Spulen induziert wird, die um die Ständerzähne eines Motors herumgelegt sind. Die Spannung wird bei einer vorgegebenen Drehzahl durch die Rotation eines Läufers, der Dauermagnete enthält, induziert. Die detektierte, durch Dauermagnet induzierte Spannung wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die den vollen Magnetismus der Dauermagneten bei der vorbestimmten Drehzahl widerspiegelt. Eine Anzeige des Magnetismus der Dauermagneten wird als eine Funktion der detektierten, durch Dauermagnet induzierten Spannung, der Bezugsspannung und der vorbestimmten Drehzahl erzeugt. Wenn die Magnetismusanzeige einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, wird der Motor betriebsunfähig gemacht und/oder ein Strom zu dem Motor wird begrenzt, um eine Beschädigung an Bauteilen zu verhindern. Vorzugsweise teilt eine hörbare und/oder sichtbare Anzeigevorrichtung einem Benutzer des Fahrzeugs mit, dass der Motor betriebsunfähig gemacht worden ist oder in einer beschränkten Betriebsweise arbeitet. Vorzugsweise wird der Motor, der betriebsunfähig gemacht ist, durch eine andere Quelle einer Antriebskraft, zum Beispiel ein weiterer Motor oder ein Verbrennungsmotor oder eine Kombination von diesen, ersetzt.
- Mit der Lösung wird ein sicheres und direktes Verfahren zur Bestimmung des Magnetflusses eines Dauermagneten in einem Motor zur Verfügung gestellt und es wird ein Zustand des Magnetismus eines Dauermagneten bestimmt, um das Drehmoment eines Motors in einem Fahrzeug einzustellen.
- Ebenso wird mit der Erfindung ein Monitor bei schwächer werdenden Dauermagneten für ein Elektro- oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) bereitgestellt.
- Außerdem werden anpassungsfähige Strategien zur Kompensation von schwächer werdenden Dauermagneten einschließlich Schutz von Bauteilen, beschränkter Betrieb und Mitteilung von schwächer werdenden Dauermagneten einem Benutzer des Fahrzeugs angezeigt.
- Die Zwecke, Vorteile und Merkmale werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die Zeichnung deutlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen. Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm, das die Ausführung eines Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; -
2 ein Blockdiagramm der Steuerungseinheit einer Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
3 eine Querschnittsansicht eines Motors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. -
4 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Detektieren und Anpassen an die Verschlechterung von Dauermagnetismus gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. - Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge und spezieller Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV).
1 stellt die Ausführung eines Parallel-/Reihen-Hybrid-Elektrofahrzeugs (Leistungsaufteilung) gemäß der vorliegenden Erfindung dar. - Im Hybrid-Elektrofahrzeug von
1 verbindet eine Planetengetriebegruppe20 mechanisch ein Zwischenzahnrad22 mit einem Verbrennungsmotor24 über eine Einwegkupplung26 . - Die Planetengetriebegruppe
20 verbindet auch ein Sonnenrad28 mechanisch mit einem Generatormotor30 und einem (Abtriebs-)Tellerrad32 . Der Generatormotor30 verbindet außerdem eine Generatorbremse34 und ist elektrisch an eine Batterie36 angeschlossen. Ein Fahrmotor38 ist mechanisch mit einem Tellerrad32 der Planetengetriebegruppe20 über eine zweite Zahnradgruppe40 verbunden und elektrisch an die Batterie36 angeschlossen. Das Tellerrad32 der Planetengetriebegruppe20 und der Fahrmotor38 sind über eine Abtriebswelle44 mechanisch mit den Antriebsrädern42 verbunden. - Die Planetengetriebegruppe
20 teilt die abgegebene Motorenergie in einen Reihenweg vom Verbrennungsmotor24 zum Generatormotor30 und einen Parallelweg vom Verbrennungsmotor24 zu den Antriebsrädern42 auf. Die Motordrehzahl kann geregelt werden, indem die Aufteilung auf den Reihenweg verändert wird, während die mechanische Verbindung durch den Parallelweg aufrechterhalten wird. Der Fahrmotor38 verbessert die Motorleistung auf die Antriebsräder42 auf dem Parallelweg durch die zweite Zahnradgruppe40 . Der Fahrmotor38 schafft außerdem die Möglichkeit, Energie direkt vom Reihenweg zu nutzen, indem im Wesentlichen durch den Generatormotor30 erzeugte Leistung abfließt. Dies reduziert Verluste, die der Umwandlung von Energie in chemische Energie und umgekehrt in der Batterie36 verbunden sind und ermöglicht es, dass die gesamte Energie des Verbrennungsmotors abzüglich der Umwandlungsverluste die Antriebsräder42 erreicht. - Ein Fahrzeug-Systemregler (VSC)
46 steuert in der HEV Ausführung viele Bauteile durch Verbindung mit dem Regler jedes Bauteils. Eine Motor-Steuereinheit (ECU)48 ist durch eine drahtgebundene Schnittstelle mit dem Verbrennungsmotor24 verbunden. Die ECU48 und der VSC46 können in der gleichen Einheit aufgenommen werden, wobei sie jedoch vorzugsweise getrennte Regler sind. Der VSC46 steht durch ein Kommunikationsnetz wie ein Reglerbereichsnetz (CAN)54 mit der ECU48 sowie einer Batteriesteuereinheit (BCU)50 und einer Steuereinheit (TMU)52 für die Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential in Verbindung. Die BCU50 ist durch eine drahtgebundene Schnittstelle mit der Batterie36 verbunden. Die TMU52 steuert den Generatormotor30 und den Fahrmotor38 über eine drahtgebundene Schnittstelle. Spezieller enthält die TMU52 einen Regler, der ein gespeichertes Programm ausführt, um das Drehmoment von Generatormotor30 und Fahrmotor38 zu bestimmen. Außerdem detektiert und speichert nach der vorliegenden Erfindung die TMU52 eine Magnetisierungsanzeige von Dauermagneten im Generatormotor30 und Fahrmotor38 . Insbesondere bestimmen ein in den Generatormotor30 einbezogener Spannungssensor und ein Spannungssensor im Fahrmotor38 eine Spannung, die der Magnetisierung von Dauermagneten im Generatormotor30 und Fahrmotor38 proportional ist wie es nachstehend beschrieben wird. Außerdem steuert gemäß der vorliegenden Erfindung die TMU52 das Drehmoment des Motors, Strom sowie Betrieb des Motors und löst Warnungen an einen Benutzer des Fahrzeugs aus. -
2 ist ein Blockdiagramm eines Teils der Steuereinheit52 für die Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential, die als mit einem Generatormotor30 und einem Fahrmotor38 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeschlossen gezeigt ist. Die TMU52 enthält vorzugsweise einen Regler100 , einen Spannungsmonitor102 , einen Spannungsmonitor104 , einen Wechselrichter106 und einen Wechselrichter108 . Der Wechselrichter106 ist mit einem Fahrmotor38 gekoppelt, um einen Drehstrom für einen Fahrmotor38 bereitzustellen. Der Drehstrom wird aus einem Gleichstrom von einer Batterie36 abgeleitet. Ebenso ist der Wechselrichter108 mit einem Generatormotor30 gekoppelt, um einen Drehstrom für den Generatormotor30 zu liefern. Der Drehstrom wird ebenfalls von einem Gleichstrom aus der Batterie36 abgeleitet. Der Wechselrichter106 und der Wechselrichter108 sind mit einem Regler100 verbunden, so dass der Regler100 die Eingangssignale an die Wechselrichter106 ,108 bereitstellt, um einen Strom zu bestimmen, der einem Generatormotor30 bzw. Fahrmotor38 zur Verfügung gestellt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Spannungsmonitor102 mit dem Fahrmotor38 gekoppelt, um eine durch Dauermagnet induzierte Spannung im Generatormotor30 zu bestimmen. Ebenso ist ein Spannungs-monitor104 mit dem Generatormotor30 gekoppelt, um eine durch Dauermagnet induzierte Spannung im Generatormotor30 zu bestimmen. Die durch Dauermagnet induzierten Spannungen von Fahrmotor38 und Generatormotor30 werden durch den Regler100 genutzt, um einen Zustand der im Fahrmotor38 und im Generatormotor30 enthaltenen Dauermagneten zu bestimmen. Auf der Basis des Zustandes der Dauermagneten im Fahrmotor38 und im Generatormotor30 bestimmt der Regler100 einen durch die Wechselrichter106 ,108 bereitgestellten Strom; bestimmt, ob der Fahrmotor38 oder Generatormotor30 betriebsfähig sind und löst Warnsignale an einen Benutzer aus. - Der Regler
100 enthält vorzugsweise einen Prozessor110 und einen Speicher112 . Der Prozessor110 umfasst einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikroregler oder dergleichen. Der Regler100 führt vorzugsweise ein gespeichertes Programm aus, um eine Anzeige des Magnetismuszustandes der im Generatormotor30 und Fahrmotor38 enthaltenen Dauermagneten zu bewirken. Außerdem führt der Regler100 ein gespeichertes Programm aus, um Vorgänge festzulegen, die auf Basis des Magnetismuszustandes der im Generatormotor30 und Fahrmotor38 enthaltenen Dauermagneten durchzuführen sind. Am besten enthält der Speicher112 eine nichtflüchtige Speicherkomponente, die eine Anzeige des Magnetismuszustandes der Dauermagneten im Generatormotor30 und im Fahrmotor38 speichert. - Die Spannungsmonitore
102 ,104 enthalten vorzugsweise einen Spannungssensor114 und einen Spannungsmesser116 . Der Spannungssensor114 ist mit seinem entsprechenden Motor direkt gekoppelt, um eine durch Dauermagnet induzierte Spannung bei einer vorgegebenen Drehzahl des Motors38 zu bestimmen. Der Spannungsmesser116 stellt die Spannung vom Voltsensor11 dem Regler100 zur Verwendung bei der Bestimmung des Magnetismuszustandes der Dauermagneten im Generator30 und im Fahrmotor38 bereit. Vorzugsweise ist der Spannungsmesser außerhalb des Motors untergebracht. Am besten ist es, wenn der Spannungsmesser ein am Fahrzeug verfügbare Hardware ist, die erneut als Überwachungsfunktion der Magnetisierung verwendet wird, deren Funktion nur periodisch erforderlich ist. -
3 ist eine Schnittansicht eines Generatormotors30 einschließlich eines bevorzugten Spannungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine ähnliche Anordnung wird für den Fahrmotor38 bevorzugt. Der Generatormotor30 enthält einen Läufer200 und einen Ständer202 . Die Dauermagneten208 sind in dem Läufer200 angeordnet. Die Motorwicklungen204 (wie beispielhaft zwischen den Ständerzähnen dargestellt) sind auf normale Art und Weise um die Zähne205 in Schlitzen206 im Ständer202 gewickelt. Erfindungsgemäß ist eine Sensorspule210 um die Zähne205 in den Schlitzen206 im Ständer202 gewickelt. Gemäß3 befindet sich die Sensorspule210 vorzugsweise neben dem Läufer200 an einer Kante der Zähne205 einem Spalt zwischen dem Ständer202 und dem Läufer200 am nächsten gelegen. Vorzugsweise umfasst die Sensorspule210 einen Draht mit einer sehr hohen Dicke und einigen Windungen. Die Sensorspule210 ist mit einem Spannungsmesser116 gekoppelt und dient als Spannungssensor114 . Die Sensorspule210 wird verwendet, um eine im Generator30 durch Dauermagnet induzierte Spannung zu bestimmen. Spezieller wird, wenn durch die Motorwicklungen204 kein Strom fließt, eine Spannung in der Sensorspule210 auf Grund der Rotation des Läufers200 erzeugt und durch die Dauermagneten208 ein Magnetfeld erzeugt. Diese Spannung wird durch den Spannungsmesser116 gefühlt und zum Regler100 übertragen. -
4 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen und Kompensieren schwächer werdender Dauermagneten in einem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren wird nachstehend mit Bezug auf die oben in den1 bis3 gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben. - Zuerst wird die durch Dauermagnet induzierte Spannung des Motors bestimmt (
300 ). Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dies vollbracht, indem in der Sensorspule210 während eines Zeitraumes, wo kein Strom in den Motorwicklungen fließt, eine Spannung induziert wird; d. h. es ist keine Belastung vorhanden. Vorzugsweise quantifiziert der Spannungsmesser116 die in der Sensorspule210 induzierte Spannung. Der belastungslose Zustand tritt auf, wenn in den Ständerwicklungen des Motors ein Nullstrom vorhanden ist. Zum Beispiel tritt der belastungslose Zustand auf, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist, zum Beispiel bei rotem Licht angehalten ist, und außerdem, wenn sich das Fahrzeug bei Reisegeschwindigkeit befindet und es keinen Strom in den Motorwicklungen gibt. Ein weiterer beispielhafter, belastungsloser Zustand tritt auf, wenn der Generatormotor kein Drehmoment an die Räder liefert oder ein Drehmoment vom Verbrennungsmotor aufnimmt, um die Batterien zu laden. Die durch Dauermagneten PM induzierte Spannung wird vorzugsweise durch die Rotation des Läufers200 induziert, der die Dauermagneten208 enthält. Dies bewirkt ein Magnetfeld, das die Spannung in der Sensorspule induziert. Am besten ist es, wenn der Läufer200 mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert wird und die Wechselrichterkontakte, die Strom zum Motor liefern, während einer Messung der durch Dauermagnet induzierten Spannung geöffnet werden. Die TMU52 und spezieller der Regler100 bestimmen, wenn die durch Dauermagnet induzierte Spannung angesichts des Fahrzeugszustandes zu messen ist, wobei der Zustand vorzugsweise über das Reglerbereichsnetz54 oder ein beliebiges anderes geeignetes Mittel erzielt wird. - Die durch Dauermagnet induzierte Spannung ist dem Magnetfeld (Magnetfluss) und der Drehzahl des Läufers proportional. Daher wird die Stärke des Dauermagneten ohne weiteres erzielt, wenn die Drehzahl und die durch Dauermagnet induzierte Spannung bekannt sind.
- Nachdem die durch Dauermagnet induzierte Spannung detektiert ist, wird sie mit einer Bezugsspannung verglichen, die eine durch Dauermagnet induzierte Spannung bei fehlender Entmagnetisierung und der gleichen vorgegebenen Drehzahl widerspiegelt, bei der die durch Dauermagnet induzierte Spannung detektiert ist (
302 ). Das heißt, die Bezugsspannung ist der Wert, der für die durch Dauermagnet induzierte Spannung erwartet wird, wenn der Dauermagnet voll magnetisiert ist. Vorzugsweise wird die Bezugsspannung in der TMU52 gespeichert. Eine beliebige Differenz zwischen der Bezugsspannung und der detektierten, durch Dauermagnet induzierten, Spannung wird verwendet, um eine Anzeige der Größe der Verschlechterung des Dauermagneten zu bestimmen. Diese Anzeige wird vorzugsweise in einem nichtflüchtigen Speicher zur weiteren Bezugnahme verwendet (304 ). Außerdem wird die Anzeige der Magnetstärke mit einem ersten Schwellenwert verglichen, um zu bestimmen, ob der Dauermagnet einen Punkt der Verschlechterung erreicht hat, wo zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden sollten (306 ). Am besten wird, wenn die Magnetstärke unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt, dem Benutzer des Fahrzeugs eine Anzeige gemacht zum Beispiel durch eine hörbare oder sichtbare Anzeige, die durch das Reglerbereichsnetz54 übertragen wird (308 ). Außerdem wird der Strom in den Motor auf eine Größe begrenzt, die eine Beschädigung an Bauteilen des Fahrzeugs verhindert (308 ), und/oder die TMU52 wird zur genaueren Ansteuerung des Wechselrichters kalibriert, um den Motor zu zwingen, das erforderliche Drehmoment zur Verfügung zu stellen. Am besten wird der erste Schwellenwert so gewählt, dass zumindest ein beschränkter Betrieb des Fahrzeugs möglich ist. Während einer Periode des fortgesetzten beschränkten Betriebes wird die Verschlechterung von Dauermagneten zusammen mit den anderen Motorparametern, wie die Temperatur, überwacht (310 ). Die Ergebnisse aus der weiteren Überwachung (310 ) werden mit einem zweiten Schwellenwert verglichen (312 ). Dieser Schwellerwert ist alternativ eine Größe des Magnetismus, eine bestimmte Temperatur oder ein anderer überwachter Parameter. Wenn der zweite Schwellenwert nicht eingehalten ist (312 ), dann wird das Überwachen fortgesetzt (310 ). Wenn der zweite Schwellenwert (312 ) eingehalten ist, dann wird der anschließende Betrieb des Motors ausgesetzt und ein Benutzer des Fahrzeuges mit einer hörbaren oder sichtbaren Anzeigevorrichtung gewarnt (314 ). Wenn eine andere Quelle von Antriebskraft verfügbar ist, wird der Lauf der Räder des Fahrzeugs auf diese Antriebsquelle geschaltet (316 ). Zum Beispiel werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel von1 , wenn der Generator30 auf Grund von schwächer werdenden Dauermagneten betriebsunfähig gemacht wird, die Räder42 unter Steuerung des Fahrmotors38 betrieben. Alternativ dazu werden, wenn der Fahrmotor38 auf Grund von schwächer werdenden Dauermagneten betriebsunfähig gemacht wird, die Räder42 unter Steuerung des Generatormotors30 und des Verbrennungsmotors24 betrieben. Am besten wird, wenn der Fahrmotor38 betriebsunfähig ist, der Generatormotor30 zuerst verwendet wird, um die Räder42 auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu bringen, und anschließend der Verbrennungsmotor24 aktiviert wird, um eine zusätzliche Antriebskraft über einen weichen Übergang zur Verfügung zu stellen. - In bevorzugten anderen Möglichkeiten zu dem oben mit Bezug auf
3 beschriebenen Verfahren werden der erste und der zweite Schwellenwert so verändert, dass sie gleich sind oder einer oder der andere ignoriert wird. Zum Beispiel können die Schritte306 und308 ausgeschlossen werden, so dass das Maß eines Schwellenwertes von Magnetismus (312 ) unmittelbar bewirkt, dass der Motor betriebsunfähig gemacht wird (314 ). Alternativ dazu können die Schritte310 ,312 ,314 und316 ausgeschlossen werden, wenn ein schwächer werdender Magnet nicht zur Betriebsunfähigkeit oder zu unsicheren Zuständen führt. - Wie oben erörtert, stellt die vorliegende Erfindung ein einfaches und effektives Verfahren zur Bestimmung des Magnetismuszustandes eines Dauermagneten in einem Motor eines Fahrzeugs zur Verfügung. Vorteilhafterweise wird einem Benutzer des Fahrzeugs der Magnetismuszustand mit einem Sicherheitsschwellenwert und eine Anzeige von Sicherheitsproblemen dargestellt. Außerdem wird der Magnetismuszustand genutzt, um ein Drehmoment von dem Motor zu kalibrieren, einen Strom in den Motor zu begrenzen, den Betrieb des Motors auszusetzen oder auf eine andere Antriebskraft zu schalten.
Claims (10)
- Hybrid-Elektrofahrzeug, umfassend – einen ersten Motor (
30 ;38 ), der mit Rädern (42 ) des Hybrid-Elektrofahrzeugs gekoppelt ist; – einen zweiten Motor (38 ;30 ), der mit Rädern (42 ) des Hybrid-Elektrofahrzeugs gekoppelt ist; – einen ersten, einen Spannungssensor (114 ) und einen Spannungsmesser (116 ) aufweisenden Spannungsmonitor (104 ;102 ), der mit dem ersten Motor (30 ;38 ) gekoppelt ist, um eine erste, durch Dauermagnete (208 ) induzierte Spannung des ersten Motors (30 ;38 ) zu bestimmen, wobei der Spannungssensor (114 ) eine Sensorspule (210 ) zum Detektieren der ersten durch die Dauermagnete (208 ) induzierten Spannung aufweist, die durch Rotation eines Läufers (200 ), der die Dauermagnete (208 ) des ersten Motors (30 ;38 ) enthält, induziert wird; – einen Regler (100 ) für die Funktionen Vergleichen der ersten durch die Dauermagnete (208 ) induzierten Spannung mit einer ersten Bezugsspannung, die eine erwartete, durch die Dauermagnete (208 ) induzierte Spannung für den ersten Motor (30 ;38 ) widerspiegelt, wenn die Dauermagnete (208 ) des ersten Motors (30 ;38 ) völlig magnetisiert sind; Bestimmen eines Zustands des Magnetismus der Dauermagnete (208 ) des ersten Motors (30 ;38 ) auf der Basis der ersten durch die Dauermagnete (208 ) induzierten Spannung, der ersten Bezugsspannung und einer vorgegebenen Drehzahl, bei der die erste durch die Dauermagnete (208 ) induzierte Spannung bestimmt wird; Betriebsunfähigmachen des ersten Motors (30 ;38 ), wenn der Zustand des Magnetismus des ersten Motors (30 ;38 ) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht; und Antreiben der Räder (42 ) des Fahrzeugs mit dem zweiten Motor (38 ;30 ), nachdem der erste Motor (30 ;38 ) betriebsunfähig gemacht ist. - Fahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Spannungsmonitor (
102 ;104 ), der mit dem zweiten Motor (38 ;30 ) gekoppelt ist, um eine zweite, durch die Dauermagnete (208 ) induzierte, Spannung des zweiten Motors (38 ;30 ) zu bestimmen; - Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Prozessor (
110 ) der so ausgelegt ist, dass er die zweite, durch die Dauermagnete (208 ) induzierte, Spannung mit einer zweiten Bezugsspannung vergleicht, die eine erwartete, durch die Dauermagnete (208 ) induzierte, Spannung für den zweiten Motor (38 ;30 ) widerspiegelt, wenn die Dauermagnete (208 ) des zweiten Motors (38 ;30 ) voll magnetisiert sind; einen Zustand des Magnetismus der Dauermagnete (208 ) des zweiten Motors (38 ;30 ) auf der Basis der zweiten durch die Dauermagnete (208 ) induzierten Spannung, der zweiten Bezugsspannung und einer vorgegebenen Drehzahl bestimmt, bei der die zweite durch die Dauermagnete (208 ) induzierte Spannung festgelegt wird; den zweiten Motor (38 ;30 ) betriebsunfähig macht, wenn der Zustand des Magnetismus der Dauermagnete des zweiten Motors (38 ;30 ) einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht; und bewirkt, dass die Räder (42 ) des Fahrzeugs mit dem ersten Motor (30 ;38 ) angetrieben werden, nachdem der zweite Motor (38 ;30 ) betriebsunfähig gemacht wurde. - Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannungsmonitor, (
104 ;102 ) eine Sensorspule (210 ) aufweist, welche die erste durch die Dauermagnete (208 ) induzierte Spannung detektiert, die durch Rotation des Läufers (200 ), der die Dauermagnete (208 ) des ersten Motors (30 ;38 ) enthält, induziert wird und der zweite Spannungsmonitor (102 ;104 ) eine Sensorspule (210 ) aufweist, welche die zweite durch die Dauermagnete (208 ) induzierte Spannung detektiert, die durch Rotation des Läufers, der die Dauermagnete (208 ) des zweiten Motors (38 ;30 ) enthält, induziert wird. - Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor ein Generatormotor (
30 ) und der zweite Motor ein Fahrmotor (38 ) ist. - Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor ein Fahrmotor (
38 ) und der zweite Motor ein Generatormotor (30 ) ist. - Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatormotor (
30 ) durch ein Planetengetriebe (20 ) mit einem Verbrennungsmotor (24 ) gekoppelt ist. - Verfahren zur Kompensation der Verschlechterung von Dauermagneten in einem Hybrid-Elektrofahrzeug, das einen ersten Motor (
30 ;38 ), der gekoppelt wird, um die Räder (42 ) des Hybrid-Elektrofahrzeugs zu rotieren, und einen zweiten Motor (38 ;30 ) enthält, der gekoppelt wird, um die Räder (42 ) des Hybrid-Elektrofahrzeugs zu rotieren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Bestimmen des Magnetismuszustandes von Dauermagneten im ersten Motor (30 ;38 ) durch: – Detektieren einer Spannung, die in einer Sensorspule (210 ) des Ständers (202 ) des ersten Motors (30 ;38 ) induziert wird, wenn sich der Motor in einem belastungslosen Zustand befindet; und – Vergleichen der Spannung mit einer erwarteten Spannung, die eine induzierte Spannung widerspiegelt, wenn die Dauermagnete des ersten Motors (30 ;38 ) voll magnetisiert sind; – Bestimmen, ob der Magnetismuszustand einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat; – den ersten Motor (30 ;38 ) betriebsunfähig machen, wenn der Magnetismuszustand den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat; und – Bewirken, dass der zweite Motor (38 ;30 ) die Räder (42 ) des Hybrid-Elektrofahrzeugs rotiert, wenn der erste Motor (30 ;38 ) betriebsunfähig gemacht ist. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Motor ein mit einem Verbrennungsmotor (
24 ) gekoppelter Generator (30 ) und als zweiter Motor ein Fahrmotor (38 ) verwendet wird. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Motor ein Fahrmotor (
38 ) und als zweiter Motor ein Generatormotor (30 ) verwendet wird, der mit einem Verbrennungsmotor (24 ) gekoppelt ist, und bewirkt wird, dass der Verbrennungsmotor (24 ) die Räder (42 ) des Fahrzeugs in Drehung versetzt, nachdem der zweite Motor (30 ) bewirkt hat, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht.
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: EFFERT UND KOLLEGEN, 12487 BERLIN |
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Representative=s name: WABLAT-LANGE-KARTHAUS, 14129 BERLIN |
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R020 | Patent grant now final |
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